测试技术基础论文《卡丁车》

卡丁车制动性能检测系统设计一、常用汽车制动性能检测系统简介汽车制动性能属于汽车安全性能范畴，是汽车的一个十分重要的安全指标。

测试汽车制动性能的方法分两大类：①路测法②制动检验台检测法。

其中制动检验台检测法常见的分类方法有：按测试原理不同，可分为反力式和惯性式两类；按检验台支撑车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两类；按检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式、测制动减速度式和综合式四种；按检验台的测量、指示装置、传递信号方式不同，可分为机械式、液力式和电气式三类。

下面，我们对各种台式检测方法作一个简单的介绍。

1、反力式滚筒制动检验台（1）基本结构反力式滚筒制动检验台的结构简图如图所示。

它由结构完全相同的左右两套对称的车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。

每一套车轮制动力测试单元由框架（多数试验台将左、右测试单元的框架制成一体）、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。

图2-4-1 反力式制动检验台结构简图（2）制动力测量装置制动力测试装置主要由测力杠杆和传感器组成。

测力杠杆一端与传感器连接，另一端与减速器壳体连接，被测车轮制动时测力杠杆与减速器壳体将一起绕主动滚筒（或绕减速器输出轴、电动机枢轴）轴线摆动。

传感器将测力杠杆传来的、与制动力成比例的力（或位移）转变成电信号输送到指示、控制装置。

测力传感器受力点受力的大小与滚筒表面制动力的关系为：滚筒表面制动力（N）=测力传感器受力(N)×测力臂水平长度÷滚筒半径（3）检测过程进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器（或压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通）。

通过延时电路起动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板。

车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速旋转。

此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎周缘的切线方向作用制动力以克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋转。

与此同时车轮轮胎对滚筒表面切线方向附加一个与制动力方向反向等值的反作用力，在反作用力矩作用下，减速机壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆动（如图2-4-2），测力杠杆一端的力或位移量经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号。

从测力传感器送来的电信号经放大滤波后，送往A／D转换器转换成相应数字量，经计算机采集、贮存和处理后，检测结果由数码显示或由打印机打印出来。

打印格式或内容由软件设计而定。

一般可以把左、右轮最大制动力、制动力和、制动力差、阻滞力和制动力－时间曲线等一并打印出来。

（4）反力式滚筒制动检测方法的不足目前，采用的反力式滚筒制动检验台对具有防抱死（ABS）系统的汽车制动系的制动性能，还无法进行准确的测试。

主要原因是这些试验台的测试车速较低，一般不超过5km/h，而现代防抱死系统均在车速10km/h～20km/h以上起作用，所以在上述试验台上检测车轮制动力时，车辆的防抱死系统不起作用，只能相当于对普通的液压制动系统的检测过程。

2、惯性式滚筒制动台（1）基本结构惯性式滚筒制动检验台它由结构完全相同的左右两套对称的车轮制动测试单元和一套指示、控制装置组成，包括滚筒轴承、驱动电机、储能飞轮和一系列传感器。

（2）制动原理粗略地说，惯性式滚筒制动台是利用储能飞轮储存和汽车在运动过程中具有的同样的动能，通过对轮胎对飞轮的制动性能的检测来等效检测轮胎对车身的制动性能。

汽车在运动时，由于自身质量的存在而具有一定的动能T，选择合适的飞轮转速，使飞轮所具有的能量E与汽车动能T相同。

此时踩下制动踏板，由于车轮对滚筒摩擦力的存在，飞轮会慢慢减速直至停止。

测出整个制动过程中的时间、飞轮转动角度以及初始转速等参数，就可以对之动过程中制动力、侧移量和制动距离等指标进行计算。

（具体计算过程将在后续工作中展开）（3）检测过程进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器（或压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通）。

通过延时电路起动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮旋转。

待到转速稍高于指定转速时，断开电机的连接，让车轮在各种外界阻力因素下制动，此时，通过各类传感器可以测出外界阻力矩。

当转速达到指定转速时，踩下制动踏板制动，直到飞轮完全停止，将传感器所收集的信号传入电脑计算，最后输出所要参数的数值。

（4）惯性式滚筒制动检测方法的优点与不足这种动态检验制动性能的使用发法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具有在任何车速下进行制动测试的优点。

但这种试验台旋转部分分转动惯量较大，制动过程中存在各轴制动力分布不均的因素,因此其结构较复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制，所以应用范围不如反力式来得广泛。

3、平板式制动试验台（1）基本结构平板式制动试验台结构如图所示。

是一种新型的制动检测设备，它利用汽车低速驶上平板后突然制动时的惯性力作用，来检测制动效果。

属于一种动态惯性式制动试验台，除了能检测制动性能外，还可以测试轮重、前轮侧滑和汽车的悬架性能，又是一种综合性试验台。

这种试验台结构比较简单，主要由几块测试平板、传感器和数据采集系统等组成。

小车线一般由四块制动-悬架-轴重测试用平板及一块侧滑测试板组成。

数据采集系统由力传感器、放大器、多通道数据采集板等组成。

这种试验台结构简单、运动件少、用电量少、日常维护工作量小，提高了工作可靠性。

测试过程与实际路试条件较接近，能反映车辆的实际制动性能，即能反映制动时轴荷转移带来的影响，以及汽车其他系统（如悬架结构、刚度等）对汽车制动性能的影响。

该试验台不需要模拟汽车转动惯量，较容易将制动试验台与轮重仪、侧滑仪组合在一起，使车辆测试方便且效率高。

但这种试验台存在测试操作难度较大（测试重复性主要处决于车况及检验员踩刹车快慢）、对不同轴距车辆适应性差，占地面积大、需要助跑车道等缺点。

（2）基本原理现代汽车在设计上为满足汽车行驶状态的制动要求，提高制动稳定性，减少制动时后轴车轮侧滑和汽车甩尾，前轴制动力一般占50～70%左右，后轴制动力设计相对较少。

除此以外还充分利用汽车制动时惯性力导致车辆重心前移轴荷发生变化的特点，使前轴制动力可达到静态轴重的140%,上述制动特性只有在道路试验时才能体现，在滚筒反力式检验台上，由于受设备结构和检验方法的限制，前轴最大制动力是无法测量出来的。

平板制动检验台是一种低速动态检测车辆制动性能的设备，其检测原理基于牛顿第二定理“物体运动的合外力等于物体的质量乘加速度”，即制动力等于质量乘（负）加速度。

检测时只要知道轴荷与减速度即可求出制动力。

从理论上讲制动力与检测时车速无关,与刹车后的减速度相关。

检验时汽车以5～10km/h（或按出厂说明允许更高）速度驶上平板，置变速器于空档并紧急制动。

汽车在惯性作用下，通过车轮在平板上附加与制动力大小相等方向相反的作用力，使平板沿纵向位移，经传感器测出各车轮的制动力、动态轮重并由数据采集系统处理计算出轮重、制动、及悬架性能的各参数值，并显示检测结果。

（3）过程分析在车辆挂空挡驶上台面时，台面水平方向的测力传感器测取车辆当前轴空挡滑行阻力，称重传感器同步测取当前车轴的载荷，即可计算出车辆空挡滑行阻力与荷重之百分比。

车轴驶上台板后实施制动，此时前轴因为轴荷前移而制动力（见图2-4-5(a)）与轴荷均迅速增加，同时后轴轴荷减少，制动增长相对前轴较小；前轴轴荷达到最大后，前桥向上反弹，轴荷减小，后桥轴荷增加；经几个周期振荡后前后桥轴荷处于稳定。

二、设计方法的选择及设计思路的确定1、设计方法的选择通过对以上汽车制动性能检测系统的分析比对，同时考虑老师建议，我们使用的制动检测方法是:滚筒式惯性制动试验台。

2、设计思路的确定我们设计该测试系统的思路如下：三、检测台机械传动机构的确定1、机构模型的建立我们利用SolidWorks软件建立简化后单轴惯性式制动性能检测台的3D模型，效果图如下：2、机构检测原理概述试验时，被检车驶上试验台，并将两主动轮分别置于左右两滚筒组之间。

发动机启动并通过传动齿轮组带动与滚筒相连的传动轴转动，前后两滚筒通过链式传动机构同时转动，此时按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的飞轮也一起旋转。

当达到试验转速时，断开离合器1以卸去该检测机构动力，同时断开离合器2以将左右两轮的检测机构分离。

同时被检车紧急制动，车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动，但在车轮跟与滚筒的摩擦下最终停止转动。

滚筒能转动的圈数相当于车轮的制动距离，滚筒转动圈数由装在滚筒端部的光电传感器1、2转变为电脉冲送入计数器记录。

通过对传感器1及传感器2得到的电信号的分析及处理，我们可以得到左右两轮各自的制动距离，并可以得到两轮的相对偏差。

三、检测台机械传动机构相关数值的确定我们在数据计算过程中，遵从的首要原则就是能量等效原则------卡丁车平动动能等于飞轮、滚筒等结构件总的转动动能。

根据这一原则，我们确定了飞轮，滚筒，传动轴的尺寸。

1、卡丁车的平动动能计算（1）已知量发动机传动齿轮组滚筒光电传感器1飞轮光电传感器2离合器1离合器2惯性式制动性能检测台的3D 模型示意图减速器6015030/400person car car tyre M kg M kg v km h d mm====t y r e t y r et y r et o t a lM J T ω（2）计算公式总能量=人和车的平动动能+四个轮子的平动动能+两个轮子的转动动能222111()4()2()2222total person car car tyre car tyre tyre tyre tyrecar T M M v M v J d v ωω=+++=（3）得出数据忽略车轮的平动动能和转动动能，最后得到卡丁车运动时的总能量为：7291.67total T J =2、飞轮、滚筒等构件的参数选择为了使我们设计的机构更为简洁，我们在设计时放弃使用外置飞轮的方案，而是将飞轮与滚筒合二为一，力求机构的精简。

我们求算机构参数的过程是：首先确定飞轮的外径，在外径已知的情况下计算轴和滚筒的转动能量，最后根据能量相等原则计算出滚筒的长度。

如果滚筒长度不在可接受范围之内，则重新确定滚筒半径进行相同计算，直到得出可以接受的滚筒长度值为止。

（1）假定滚筒外径（见下图）:100outside R mm =设计算转动角速度183/795.775/min3car cylinder outside cylinderw R rad s r ω=⨯==由：v 得：获得计算的已知量3100207850/()183/3outside inside cylinder R mm R mmkg m rad sρω====碳钢版（2）计算主动轴的参数已知量为32011007700/()R mm l mmkg m ρ===合金钢计算公式为2221212M R l I MR T I πρω===得 7.396m a i nTJ =（3）计算从动轴参数已知量为3206007700/()R mm l mmkg m ρ===合金钢计算公式为2221212M R l I MR T I πρω===得 s e c 4.03o n d a r y T J = 计算滚筒应具有的能量sec 221817.20454total main ondarycylinder T T T T J-⨯-⨯==（4）确定滚筒尺寸参数已知量为3100207850/()183/3outside inside cylinderR mm R mmkg m rad sρω====碳钢版待求量为 cylinder l计算公式为22()outside inside cylinder M R R l πρ=-221()2outside inside I M R R =+212cylinder cylinder T I ω=得425cylinder l mm=3、小结四、制动性能检测台测控系统的设计1、测控系统示意简图2、各部分作用：（1）变频控速于PC 处理终端设定适用于该检测系统的电机输出转速后，PC 处理终端通过所编程序计算得电机应有输入电压频率，并控制变频器，调节电机输入电压频率。